Water met een geschikte temperatuur voor verwarming zit in Nederland op een diepte vanaf ongeveer 1,5 kilometer. Er zijn echter ook initiatieven op geringere diepte. Een aardwarmtesysteem pompt warm water uit een water bevattende en poreuze aardlaag. Via één of meer productieputten komt het warme water naar de oppervlakte. In een warmtewisselaar geeft dit warme water zijn energie af aan een warmtenet, dat woningen, kassen of industrie van warmte voorziet. Via pompen en één of meer injectieputten stroomt het afgekoelde water in dezelfde aardlaag/reservoir terug. Klik hier voor een filmpje met uitleg.

Geothermie kent een aantal voordelen.

• het is een duurzame bron van energie welke nauwelijks CO2 uitstoot. Voor (kas-)verwarming met geothermie is de gemiddelde uitstoot ongeveer 1/8 van die van aardgas (Er is nog wel elektriciteit nodig voor de pompen etcetera, en uitgaande van een COP = 20, 500 g CO2/kWh elektriciteit);

• de kosten van geothermische energie zijn voor langere tijd stabiel en voorspelbaar;

• in tegenstelling tot vele andere vormen van hernieuwbare energie is geothermie onafhankelijk van externe factoren (wind, zonlicht, etc.). Het is 24/7 beschikbaar;

• als de putten eenmaal geboord zijn, is er nauwelijks sprake van geluidsbelasting of visuele hinder voor de omgeving.

Geothermie is op meerdere manieren een duurzame bron van energie. Ten eerste is de voorraad die in de aardkorst zit nagenoeg onuitputtelijk. Door natuurlijke processen in de kern van de aarde is het water herbruikbaar (want het wordt steeds opnieuw opgewarmd). Wel zal de temperatuur van de hete grondlagen door de productie van aardwarmte over een termijn van enkele tientallen jaren lokaal afnemen, een daling die zich weer zal herstellen als het doublet uit productie wordt genomen. Ten tweede komt bij de productie van aardwarmte nauwelijks CO2 vrij. Voor de getallen: zie de vraag over de hoeveelheid CO2.

In Nederland ligt de gemiddelde jaarproductie per bron op circa 180.000 GJ (de warmtebehoefte van zo’n 5.000 (nieuwere) woningen). De besparing op CO2-emissies bedraagt per project circa 10.000 ton/jaar (5.500.000 m3 aardgas). De besparingscijfers voor het totaal van alle bronnen (2016):

• CO2-besparing: 152.000 ton/jaar

• Aardgas-besparing: 85.000.000 m3/jaar

Nieuwere projecten zijn vaak groter (een groter thermisch vermogen) dan het huidige gemiddelde. Besparingen van 10 mln m3 aardgas per project zijn dan ook mogelijk.

Geothermiebedrijven zijn erop gericht om de kans op ongewenste gebeurtenissen klein te houden. Dit betreft dan vooral:

• seismische activiteit. Menselijk handelen in de ondergrond kan (grotere en) kleinere aardbevingen en trillingen veroorzaken. De krachten die een geothermische boring of bron op de ondergrond uitoefent, zijn echter van zichzelf te klein om (circa 2,5 kilometer ‘hoger’) tot voelbare trillingen aan maaiveld te leiden. Omdat bij geothermie de drukverschillen gedurende de exploitatie erg klein zijn, is het zeer onwaarschijnlijk dat hierdoor aardbevingen worden veroorzaakt;

• bodemdaling. Er wordt geen volume onttrokken aan de ondergrond, zoals bij delfstoffenwinning. Hierdoor blijft de gemiddelde druk in het reservoir vrijwel onveranderd. Het injecteren van afgekoeld water zorgt ervoor, dat er wel enige krimp zal optreden in het gesteente rond de injectieput. Dit is in de ordegrootte van 2 centimeter na 100 jaar productie en daarom verwaarloosbaar bij de natuurlijke bodemdaling/stijging in een eeuw. Merkbare bodemdaling door geothermie is daarom niet te verwachten. Soms komt met het water een kleine hoeveelheid gas (of olie) mee. Dit wordt bijvangst genoemd. Deze bijvangst is zo klein in volume dat ook hierdoor geen verzakkingen zullen optreden;

• vervuiling van het grondwater. Putten worden zo geboord en vastgezet met cement, dat de kans dat water van de ene aardlaag in een andere aardlaag terechtkomt nihil is. Conductoren (grote stalen buizen van 50 tot wel 200 meter lengte, die als eerste zijn geplaatst) zorgen ervoor, dat de boorvloeistoffen niet in de (ondiepere) bodem terecht komen. Ook tijdens de warmteproductie vindt een regelmatige controle van de puttoestand plaats, bijvoorbeeld door de dikte van de putwand en de drukken te meten;

• (gas-)explosies. Geothermieboringen worden op dezelfde veilige manier uitgevoerd als gasboringen. Mocht er dus gas worden aangetroffen dan is dat geen probleem. Aan de oppervlakte zijn geothermieputten bij stilstand drukloos. In aardwarmtebronnen zijn evenwel veiligheidsvoorzieningen ingebouwd (zoals afsluiters) die hoge drukken kunnen weerstaan.

Toezicht op de geothermiebedrijven vindt plaats door Staatstoezicht op de Mijnen en in voorkomende gevallen door de brandweer en de gemeente.

De (voorbereidingen) op een boring kunnen hinder opleveren voor de omgeving. Het installeren van de boortoren en de hulpinstallaties kan enkele weken duren en vindt veelal overdag plaats. Het boren zélf vindt 24 uur/dag plaats. Een boortoren produceert geluid, denk hierbij hoofdzakelijk aan de lift (het hijswerktuig), boorstangen die tegen elkaar aan stoten, of het gebruik van pompen. De boorkop gaat diep genoeg in de grond om geen overlast te veroorzaken. Daarnaast verzorgen vrachtauto’s de aan- en afvoer van materialen. De twee boringen duren (in totaal) enkele maanden (ca. 3 tot 6 maanden, afhankelijk van de diepte) . Bij het boren wordt getracht hinder tot een minimum te beperken. Bovendien gelden hiervoor wettelijke eisen.

Menselijk handelen in de ondergrond kan (grotere en) kleinere aardbevingen en trillingen veroorzaken. De krachten die een geothermische boring of bron op de ondergrond uitoefent, zijn echter van zichzelf te klein om (vanuit 1,5-2,5 kilometer diepte) tot voelbare trillingen aan maaiveld te leiden. Omdat ook tijdens de productie de drukverschillen klein zijn vergeleken met bijvoorbeeld aardgasproductie, is het zeer onwaarschijnlijk dat hierdoor voelbare aardbevingen worden veroorzaakt

De boring van de putten gaat soms door zogenoemde watervoerende lagen. Putten worden zo geboord en vastgezet met cement, dat de kans nihil is dat water van de ene diepte/aardlaag in de andere terechtkomt. Bij de boringen gebruikt men boorvloeistoffen om de boorkop te koelen en het boorgruis naar de oppervlakte brengen. Conductoren (grote stalen buizen van 50 tot wel 200 meter lengte, die als eerste zijn geplaatst) zorgen ervoor dat de boorvloeistoffen niet in de (ondiepere) bodem terecht komen; elke verstoring van ondiepe waterlagen is immers ongewenst.
Ook tijdens de warmteproductie vindt een regelmatige controle van de puttoestand plaats. Het is bovendien verboden te boren door aardlagen waaruit drinkwaterproductie plaats vindt. Lang niet elke grondwaterlaag is immers geschikt (of nodig) voor drinkwater. In het westen van Nederland vindt (vanwege verzilting) sowieso geen drinkwaterproductie plaats uit grondwater.

Het opgepompte ‘formatiewater’ bevat allerlei opgeloste natuurlijke stoffen/elementen. Het water komt niet in contact met het oppervlaktewater of de buitenlucht. Het beheer en de systemen zijn erop gericht om deze stoffen terug in de injectieput te pompen. Toch kunnen er kleine zanddeeltjes en vaste deeltjes met de stroom meekomen. In de bovengrondse installaties zijn filters opgenomen die deze deeltjes uitfilteren, om verstopping van de injectieput te vermijden. (Die deeltjes zijn nog steeds héél klein: honderdsten van millimeters.) Soms hebben deze deeltjes een lichte natuurlijke radioactiviteit. Deze licht radioactieve deeltjes komen op aarde zowel in de boven- als ook diepe ondergrond voor. Het betreft een type straling die eenvoudig is af te schermen en niet aan de buitenkant van de installatie te meten is. De interne procedures, bij het openen van de installatie, houden hier rekening mee en de omgeving ondervindt hier geen hinder van.

Voor dit onderdeel wordt er apart toezicht gehouden door de ANVS (Autoriteit Nucleaire Veiligheid en Stralingsbescherming).

Na meerdere tientallen jaren kan door het gebruik een put minder presteren en/of kan de technische toestand (corrosie of juist aanslag) buitengebruikstelling nodig maken. Doel is dan om de oorspronkelijke situatie in de ondergrond zoveel mogelijk te herstellen. Dit gebeurt via het deels afvullen van de putten met beton en het verwijderen van het bovenste deel van de putten en alle bovengrondse installaties. Het is echter óók denkbaar dat met een nieuwe put de warmtewinning weer door kan gaan. Dat hangt af van de geologie op die plek en de (technische) ontwikkelingen.

Geothermie is energie in de vorm van warmte die in de bodem zit opgeslagen. Dat betekent dat alle energie, die in de vorm van warmte uit de bodem komt aardwarmte of geothermie te noemen is. Dit kan energie van natuurlijke herkomst zijn, zoals bij het gebruik van een geothermiebron. Warmte die door mensen in de bodem is opgeslagen, zoals bij Warmte/Koude Opslag (WKO) wordt veelal, zeker in het buitenland ‘ondiepe geothermie’ genoemd. In Nederland spreken we dan meestal over ‘bodemenergie’. (Diepe) geothermie betreft in Nederland – conform de Mijnbouwwet en de daaronder vallende regelgeving – formeel dieptes van meer dan 500 meter. Voor meer informatie over bodemenergiesystemen kunt u onder andere terecht bij www.bodemenergienl.nl.

Van ‘ondiep’ naar ‘diep’ zijn te onderscheiden:

• bodemwarmtepompen (meestal individuele woningen/gebouwen), maximaal rond de 50 meter diep;
• WKO systemen (grotere kantoren en groepen van woningen), maximaal rond de 250 meter diep;
• MTO (Midden Temperatuur Opslag);
• HTO (Hoge Temperatuur Opslag);
• diepe geothermie/Direct Use (collectieve toepassingen zonder warmtepomp zoals woonwijken en kassen), maximaal rond de 1.500- 4.000 meter diep;
• ultradiepe geothermie (elektriciteit, industrie en stadsverwarming).

Het warme water stroomt aan de oppervlakte door een warmtewisselaar. Een warmtewisselaar bestaat uit honderden dunne platen, waar het geothermische water zijn warmte overdraagt aan het verwarmingswater aan de andere zijde van de plaat. Het zo verwarmde water is dus niet in contact geweest met het geothermiewater maar heeft wel de warmte overgenomen. Dit warme water kan nu naar bijvoorbeeld tuinbouwkassen of woningen. Veelal staat er bij de afnemer weer een warmtewisselaar waar de warmte wordt overgedragen aan het water in het verwarmingssysteem van de afnemer. Zo zijn er meestal dus drie watercircuits: het geothermische, het warmtenet en de afnemersinstallatie. Het water uit de diepte komt dus niet in contact met het oppervlaktewater of de buitenlucht.

Meerdere factoren bepalen de (maximale) grootte van een bron. Meestal wordt gekeken naar de capaciteit van een geothermisch reservoir, waar de geothermische bron een onderdeel van is. Allereerst zijn de samenstelling en temperatuur van het reservoir/formatiewater en de omvang van het reservoir belangrijk. Deze bepalen de hoeveelheid energie die opgeslagen is. Daarnaast zijn van invloed: de porositeit (de hoeveelheid open ruimtes in een gesteente) en permeabiliteit (hoe goed de open ruimtes met elkaar verbonden zijn) van de gesteentelaag.

We weten dat in een groot gedeelte van Nederland onder het oppervlak gesteenten aanwezig zijn die warm water bevatten en goede doorstromingseigenschappen hebben (100 – 300 m3/uur) voor de economische winning van geothermie. Vergeleken met andere landen is in ons land bijzonder veel (openbaar) bekend van de ondergrond tot circa 4 -5 kilometer diepte door de vele boringen en seismische metingen voor de olie- en gaswinning. Voor ultradiepe geothermie, vanaf circa vier kilometer, zijn de onzekerheden dus groter.

De warmtevraag naar ‘laagwaardige’ warmte – op temperatuurniveaus van woningen en kassen bedraagt in Nederland circa 400 PJ per jaar. Het potentieel aan geothermische energie tot vier kilometer (85.000 PJ, ingeschat door TNO in 2012) is daarmee in theorie meer dan van voldoende omvang om deze warmtevraag gedurende langere tijd te kunnen leveren. Dat is zonder rekening te houden met de aanvulling van de warmte vanuit de aardkern, maar óók zonder rekening te houden met bijvoorbeeld ander ondergronds ruimtegebruik en bovengrondse inpassing.

De aardkorst wordt overal warmer naarmate men dieper komt. De aanwezigheid van water in een voldoende doorlatend reservoir is echter nodig om deze warmte ook boven de grond te kunnen krijgen en gebruiken. Bijvoorbeeld op http://www.thermogis.nl/basic.html is een goede indruk te krijgen in welke gebieden op welke dieptes hoeveel warmte te winnen is. Deze kaarten gaan tot een diepte van maximaal 3 -4 kilometer en kennen ook onzekerheden. Deze staan op de website aangegeven.

Bij de productie van aardwarmte komt nauwelijks CO2 vrij. De pompen, die het water uit de productieput en in de injectieput pompen, hebben elektriciteit nodig. Voor de tot nu toe gerealiseerde bronnen bedraagt de CO2-uitstoot gemiddeld ongeveer 7 kg/GJ, ten opzichte van 57 kg/GJ voor aardgas, een reductie van 88%. Als een geothermiebedrijf groene elektriciteit, bijvoorbeeld geproduceerd met windmolens of zonnepanelen, inkoopt is dit uiteraard nog lager (nagenoeg nul).

(Uitgangspunten voor deze berekening: een COP (Coefficient of Performance) van 20 en een uitstoot van 500 gram CO2 per kWh)